(57)【要約】【課題】ツインターボシステムにおいて、触媒温度を適切に上昇させる。【解決手段】過給機付き内燃機関の制御装置は、第１の過給機のみを作動させるべき運転領域で、且つ、排気バイパス弁を用いて過給圧を調整すべき運転領域である場合において、触媒温度が所定温度以下である場合に、排気切替弁を用いて過給圧を調整することで第２の過給機を作動させると共に、当該第２の過給機の作動による過給空気を第１の過給機のコンプレッサの上流側へ供給させる。これにより、ウエストゲートにより捨てられていた排気エネルギーを利用して第２の過給機を作動させ、当該第２の過給機の作動により高温となった吸気を第１の過給機のコンプレッサ上流へ供給することができる。よって、吸気温度の上昇により排気ガス温度を上昇させることができ、触媒温度を上昇させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の過給機及び第２の過給機を有する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記第２の過給機のタービンへの排気流量を調整する排気切替弁と、
前記第１の過給機のタービンをバイパスする通路上に設けられた排気バイパス弁と、
前記第１の過給機のみを作動させるべき運転領域で、且つ、前記排気バイパス弁を用いて過給圧を調整すべき運転領域である場合において、触媒温度が所定温度以下である場合に、前記排気バイパス弁の代わりに前記排気切替弁を用いて過給圧を調整することで前記第２の過給機を作動させると共に、当該第２の過給機の作動による過給空気を前記第１の過給機のコンプレッサの上流側へ供給させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の過給機を有する過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路上に設けられた触媒を適切に暖機するための制御が提案されている。例えば、特許文献１には、始動から触媒暖機完了まで、吸入空気がインタークーラをバイパスするようにバイパス弁を開制御することが提案されている。
【０００３】
その他にも、本発明に関連する技術が特許文献２及び３に記載されている。特許文献２には、ターボ過給機のコンプレッサ上流に電動コンプレッサを設け、電動コンプレッサの上流側で吸気を循環させることにより、吸気温度を上昇させることが提案されている。また、特許文献３には、ツインターボシステムにおいて、触媒の還元／再生時に過給機バイパス量を制御することで、過給圧と触媒回復とを適切に行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１１８４号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３６４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２つのターボ過給機が吸気通路及び排気通路に配置されたツインターボシステムでは、触媒の上流側に２つのターボ過給機のタービンが配置されているため、触媒温度が低下しやすい傾向にある。上記した特許文献１乃至３には、このようなツインインターボシステムにおける触媒温度の低下を適切に抑制する方法については記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ツインターボシステムにおいて、触媒温度を適切に上昇させることが可能な過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、第１の過給機及び第２の過給機を有する過給機付き内燃機関の制御装置は、前記第２の過給機のタービンへの排気流量を調整する排気切替弁と、前記第１の過給機のタービンをバイパスする通路上に設けられた排気バイパス弁と、前記第１の過給機のみを作動させるべき運転領域で、且つ、前記排気バイパス弁を用いて過給圧を調整すべき運転領域である場合において、触媒温度が所定温度以下である場合に、前記排気バイパス弁の代わりに前記排気切替弁を用いて過給圧を調整することで前記第２の過給機を作動させると共に、当該第２の過給機の作動による過給空気を前記第１の過給機のコンプレッサの上流側へ供給させる制御を行う制御手段と、を備える。
【０００８】
上記の過給機付き内燃機関の制御装置は、第１の過給機及び第２の過給機を有し、排気切替弁及び排気バイパス弁を用いて、第１及び第２の過給機を作動させるモードを切り替えて過給を行う。制御手段は、第１の過給機のみを作動させるべき運転領域で、且つ、排気バイパス弁を用いて過給圧を調整すべき運転領域である場合において、触媒温度が所定温度以下である場合に、排気切替弁を用いて過給圧を調整することで第２の過給機を作動させると共に、当該第２の過給機の作動による過給空気を第１の過給機のコンプレッサの上流側へ供給させる。これにより、第１の過給機のみの作動時に過給圧調整のためにウエストゲートにより捨てられていた排気エネルギーを利用して、第２の過給機を作動させることができる。また、このような第２の過給機の作動によりコンプレッサで圧縮されて高温となった吸気を、第１の過給機のコンプレッサの上流側へ供給することができる。つまり、高温となった吸気を、第１の過給機のコンプレッサの入口より吸入させることができる。
【０００９】
よって、上記の過給機付き内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の吸入空気温度を上昇させることができ、排気ガス温度を上昇させることができる。したがって、触媒入口温度を適切に上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。
【図２】２つのターボ過給機を作動させるモードを切り替える際に用いられる運転領域を説明するための図である。
【図３】本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
［装置構成］
図１は、本実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。図１では、実線矢印がガスの流れの一例を示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００１２】
車両は、主に、吸気通路３と、ターボ過給機４、５と、吸気切替弁６と、第１吸気バイパス弁７と、第２吸気バイパス弁８と、排気通路１０と、排気バイパス通路１０ｃと、排気切替弁１１と、排気バイパス弁１２と、触媒１３と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。
【００１３】
吸気通路３には、図示しないエアクリーナで浄化された吸気（空気）が導入される。吸気通路３は、途中で吸気通路３ａ、３ｂに分岐している。吸気通路３ａにはターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気通路３ｂにはターボ過給機５のコンプレッサ５ａが配設されている。コンプレッサ４ａ、５ａは、それぞれ、吸気通路３ａ、３ｂを通過する吸気を圧縮する。
【００１４】
吸気通路３ｂには、吸気切替弁６が設けられている。吸気切替弁６は、図示しないアクチュエータを介して、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ６によって開度の制御などが行われ、吸気通路３ｂを通過する吸気の流量を調整する。
【００１５】
また、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの下流側の吸気通路３ｂには、吸気バイパス通路３ｃ、３ｄが接続されている。吸気バイパス通路３ｃは、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流側の吸気通路３ｂと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの下流側の吸気通路３ｂとに接続しており、吸気バイパス通路３ｄは、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路３ａと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの下流側の吸気通路３ｂとに接続している。つまり、吸気バイパス通路３ｃは、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの入口と当該コンプレッサ５ａの出口とを接続しており、吸気バイパス通路３ｄは、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの入口とターボ過給機５のコンプレッサ５ａの出口とを接続している。
【００１６】
更に、吸気バイパス通路３ｃ上には第１吸気バイパス弁７が設けられており、吸気バイパス通路３ｄ上には第２吸気バイパス弁８が設けられている。第１吸気バイパス弁７、第２吸気バイパス弁８は、それぞれ、図示しないアクチュエータを介して、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ７、Ｓ８によって開度の制御などが行われ、吸気バイパス通路３ｃ、３ｄを通過する吸気の流量を調整する。このような吸気バイパス通路３ｃ、３ｄ及び第１吸気バイパス弁７、第２吸気バイパス弁８を用いた場合、ターボ過給機４を作動させている際において、ターボ過給機５で過給された吸気を、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａ及びターボ過給機５のコンプレッサ５ａのいずれに供給するかを制御することが可能となる。
【００１７】
上記のような吸気通路３を通過した吸気は、インタークーラを通過した後、インテークマニホールド（インマニ）を通過して、図示しないエンジン（内燃機関）に供給される。エンジンは、吸気と燃料との混合気を燃焼して動力を発生する。そして、エンジンにおける燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１０に排出される。
【００１８】
排気通路１０は途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されており、排気通路１０ａにはターボ過給機４のタービン４ｂが配設されており、排気通路１０ｂにはターボ過給機５のタービン５ｂが配設されている。また、タービン４ｂ、５ｂの下流側の排気通路１０上には、排気ガスを浄化可能に構成された触媒１３が設けられている。
【００１９】
タービン４ｂ、５ｂは、それぞれ、排気通路１０ａ、１０ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン４ｂ、５ｂの回転トルクが、ターボ過給機４内のコンプレッサ４ａ及びターボ過給機５内のコンプレッサ５ａに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される（即ち過給される）こととなる。
【００２０】
ターボ過給機４は、低中速域で過給能力の大きい小容量の低速型の過給機として構成され、ターボ過給機５は、中高速域で過給能力の大きい大容量の高速型の過給機として構成されている。つまり、ターボ過給機４は所謂プライマリターボ過給機に相当し、ターボ過給機５は所謂セカンダリターボ過給機に相当する。また、ターボ過給機４は本発明における第１の過給機に相当し、ターボ過給機５は本発明における第２の過給機に相当する。このように、図１では、パラレルツインターボシステム（パラレルシーケンシャルターボシステム）に過給機付き内燃機関の制御装置を適用した例を示している。
【００２１】
排気通路１０ｂには、排気切替弁１１が設けられている。排気切替弁１１は、図示しないアクチュエータを介して、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１１によって開度の制御などが行われ、排気通路１０ｂを通過する排気ガスの流量を調整する。言い換えると、ターボ過給機５のタービン５ｂへの排気流量を調整する。
【００２２】
排気バイパス通路１０ｃは、ターボ過給機４のタービン４ｂをバイパスして排気ガスを流すことが可能に構成されており、その通路上には排気バイパス弁１２が設けられている。排気バイパス弁１２は、図示しないアクチュエータを介して、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１２によって開度の制御などが行われる。なお、排気バイパス弁１２は、所謂ウエストゲートバルブに相当する。
【００２３】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成される。ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づいて、車両内の各構成要素に対する制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、第１吸気バイパス弁７、第２吸気バイパス弁８、排気切替弁１１、排気バイパス弁１２に対する制御を行うことで、ターボ過給機４、５を作動させるモードを切り替えるための制御を行う。なお、ＥＣＵ５０は、本発明における制御手段に相当する。
【００２４】
ここで、図２を参照して、ターボ過給機４、５を作動させるモードを切り替える際に用いられる運転領域の一例について、簡単に説明する。
【００２５】
図２は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジントルク（負荷に相当する）を示している。領域Ｒ１は、ターボ過給機４のみが作動される領域に相当する。以下では、領域Ｒ１を「１個ターボ領域」と呼ぶ。領域Ｒ２は、基本的にはターボ過給機４のみが作動される領域であり、排気バイパス弁１２によって過給圧が調整される領域に相当する。以下では、領域Ｒ２を「過給圧調整領域」と呼ぶ。領域Ｒ３は、ターボ過給機４及びターボ過給機５の両方が作動される領域に相当する。以下では、領域Ｒ３を「２個ターボ領域」と呼ぶ。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、基本的には、このような運転領域（領域Ｒ１〜Ｒ３）に基づいて、ターボ過給機４とターボ過給機５とを作動させるモードを切り替える。
［制御方法］
次に、本実施形態においてＥＣＵ５０が行う制御方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、始動後のような冷間時において、触媒１３の入口温度を上昇させるための制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジンの吸入空気温度を上昇させて、排気ガス温度を高くするための制御を行うことによって、触媒１３の入口温度を上昇させる。
【００２７】
このような制御を行う理由は、以下の通りである。パラレルツインターボシステムでは、始動直後のような冷間時に、排気熱がタービンや各種の弁や配管を暖めてしまい、触媒入口温度が上がらずに、触媒性能が適切に発揮されないような状況が生じる場合がある。これは、パラレルツインターボシステムでは、排気通路上（詳しくは触媒の上流側の排気通路上）に２つのターボ過給機のタービンや複数の弁が配設されているため、熱容量が大きくなり、排気熱が奪われてしまい、排気ガス温度が上がりにくくなってしまうからである。
【００２８】
したがって、本実施形態では、このような触媒１３の入口温度の低下を抑制するための制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、始動後のような冷間時において、２つのターボ過給機４、５で作動できない領域で、且つ、ターボ過給機４で過給圧調整が必要な領域で作動している際に（つまり、運転領域が過給圧調整領域Ｒ２（図２参照）にある場合）、排気バイパス弁１２の代わりに排気切替弁１１を用いて過給圧調整を行うと共に、第１吸気バイパス弁７を閉にして第２吸気バイパス弁８を開にする制御を行う。
【００２９】
これにより、排気切替弁１１を用いて過給圧調整を行うことで、排気バイパス弁１２を用いていた場合にはターボ過給機４のタービン４ｂをバイパスして流れていた排気ガス（つまり捨てられていた排気ガス）を、ターボ過給機５のタービン５ｂに供給することができる。即ち、ターボ過給機４のみの作動時に過給圧調整のためにウエストゲートにより捨てられていた排気エネルギーを利用して、ターボ過給機５を作動させることができる。
【００３０】
また、このようにしてターボ過給機５が作動された際において、第１吸気バイパス弁７を閉にして第２吸気バイパス弁８を開にすることで、ターボ過給機５の作動によりコンプレッサ５ａで圧縮されて高温となった吸気を、第２吸気バイパス弁８が設けられた吸気バイパス通路３ｄを通じて、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの上流側へ供給することができる。つまり、高温となった吸気を、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの入口より吸入させることができる。
【００３１】
以上により、本実施形態によれば、エンジンの吸入空気温度を上昇させることができ、排気ガス温度を上昇させることができる。よって、触媒入口温度を適切に上昇させることが可能となる。
【００３２】
次に、図３を参照して、本実施形態における制御処理について具体的に説明する。図３は、本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。
【００３３】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数及びエンジントルクに基づいて、運転領域が１個ターボ領域Ｒ１（図２参照）にあるか否かを判定する。運転領域が１個ターボ領域Ｒ１にある場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進み、運転領域が１個ターボ領域Ｒ１にない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は終了する。
【００３４】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機４のみが作動されるように制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、第２吸気バイパス弁８、及び排気切替弁１１、並びに排気バイパス弁１２を閉にし、第１吸気バイパス弁７を開にする制御を行う。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００３５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、過給圧の調整が必要であるか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ５０は、運転領域が過給圧調整領域Ｒ２（図２参照）にあるか否かを判定する。過給圧の調整が必要である場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０４に進み、過給圧の調整が必要でない場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、処理は終了する。
【００３６】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、エンジンの冷却水の温度（水温）を取得し、当該水温が所定温度以下であるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ５０は、水温に基づいて、冷間時であるか否か、つまり触媒１３が未暖機であるか否かを判定する。水温が所定温度以下である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進み、水温が所定温度より高い場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０８に進む。なお、水温が所定温度以下であるか否かを判定する代わりに、触媒温度が所定温度以下であるか否かを判定しても良い。
【００３７】
ステップＳ１０５以降の処理を説明する。ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、水温が所定温度以下であるため、触媒１３を急速に暖機させるためのモード（触媒急暖機モード）に設定する。そして、処理はステップＳ１０６に進む。
【００３８】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、排気切替弁１１で過給圧を調整する。つまり、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機４のみの作動時に過給圧調整のためにウエストゲートにより捨てられていた排気エネルギーを利用してターボ過給機５を作動させるべく、排気切替弁１１で過給圧を調整する。そして、処理はステップＳ１０７に進む。
【００３９】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、排気切替弁１１を開にし、第１吸気バイパス弁７を閉にし、第２吸気バイパス弁８を開にする制御を行う。つまり、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機５の作動によりコンプレッサ５ａで圧縮されて高温となった吸気を、第２吸気バイパス弁８が設けられた吸気バイパス通路３ｄを通じて、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの上流側へ供給するための制御を行う。そして、処理は終了する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０８以降の処理を説明する。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、排気バイパス弁１２で過給圧を調整する。この場合には、水温が所定温度より高いため、触媒１３を暖機する必要はないと言えるので、ＥＣＵ５０は、前述したステップＳ１０５の処理とは異なり、排気バイパス弁１２で過給圧を調整する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０は、排気バイパス弁１２を閉にする。そして、処理はステップＳ１１０に進む。
【００４１】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機５を助走させて作動させるべきモード（助走モード）であるか否かを判定する。つまり、ターボ過給機４のみを作動させるモードから、ターボ過給機４、５の両方を作動させるモードへ切り替えるべき状況であるか否かを判定する。助走モードである場合（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１１に進む。この場合には、ＥＣＵ５０は排気切替弁１１を開にし（ステップＳ１１１）、処理は終了する。これに対して、助走モードでない場合（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、処理は終了する。
【００４２】
以上説明した本実施形態における制御処理によれば、触媒入口温度を適切に上昇させることが可能となる。
［変形例］
本発明は、パラレルツインターボシステムへの適用に限定はされず、２つのターボ過給機が吸気通路及び排気通路に直列に配置されたシステム（シリーズツインターボシステム）にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
３  吸気通路
４、５  ターボ過給機
４ａ、５ａ  コンプレッサ
４ｂ、５ｂ  タービン
６  吸気切替弁
７  第１吸気バイパス弁
８  第２吸気バイパス弁
１０  排気通路
１０ｃ  排気バイパス通路
１１  排気切替弁
１２  排気バイパス弁
１３  触媒
５０  ＥＣＵ
【図１】
2010190049.tif 000003
【図２】
2010190049.tif 000004
【図３】
2010190049.tif 000005